干货 | 核酸提取的常见方法及原理

非诚勿扰孟非

一、什么是核酸?
核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一，分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），其中RNA又可以根据功能的不同分为核糖体RNA(r RNA)，信使RNA（m RNA）和转移RNA（t RNA）。
核酸广泛存在于所有动植物细胞、微生物内、生物体内的核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。
DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中，而RNA主要分布在细胞质当中。
二、核酸提取类型
1、总RNA提取
总RNA中，75-85%为rRNA(主要是28S-26S/23S和18S/16S rRNA)，其余的由分子量大小和核苷酸序列各不相同的mRNA和小分子RNA如tRNA、5S rRNA、5.8S rRNA、miRNA、siRNA、小核RNA（small nuclear RNA，snRNA）及核仁小分子RNA（small nuceolar RNA，snoRNA）等组成。
2、miRNA提取
MicroRNAs (miRNAs)是小型的、高度保守的RNA分子，如小干扰RNAs (siRNAs)，通过与他们的碱基配对调节其同源mRNA的分子表达，以预防通过各种机制的表达。他们已成为进行发育、细胞增殖、分化和细胞周期的重点监管机构。
3、基因组DNA提取
进行基因结构和功能研究以及基因诊断，通常要求得到的片段长度不小于100～200kb。在DNA提取过程中应尽量避免使DNA断裂和降解的各种因素，以保证DNA的完整性，为后续的实验打下基础。
4、质粒抽提
质粒抽提方法即去除RNA，将质粒与细菌基因组 DNA分开，去除蛋白质及其它杂质，以得到相对纯净的质粒。
三、核酸提取纯化原则和要求
1、保证核酸一级结构的完整性；
2、排除其它分子的污染（如提取DNA时排除RNA的干扰）；
3、核酸样品中不存在对酶有抑制作用的有机溶剂和过高浓度的金属离子；
4、其它生物大分子如蛋白质、多糖和脂类分子的污染应降到最低程度；
5、排除其它核酸分子的污染，如提取DNA分子时应去除RNA，反之亦然。
四、常见核酸提取纯化方法
核酸提取的主要步骤为：
1、裂解细胞
去除与核酸结合的蛋白质以及多糖、脂类等生物大分子，去除其他不需要的核酸分子，如提取DNA分子时，应去除RNA，反之亦然。
2、沉淀核酸
纯化核酸，去除盐类，有机剂等杂质
一般可以把核酸提取方式主要分为三类：溶液型抽提，柱式抽提，磁珠纯化法
溶液型抽提是比较经典的提取方法，几乎都含有去污剂（如 SDS ）和盐(如Tris、EDTA、NaCl 等)。
盐的作用，除了提供一个合适的裂解环境，还包括抑制样品中的核酸酶在裂解过程中对核酸的破坏（如 EDTA ）、维持核酸结构的稳定（如 NaCl ）等。
去污剂则是通过使蛋白质变性，破坏膜结构及解开与核酸相连接的蛋白质，从而实现核酸游离在裂解体系中。
这种方法虽然成本较低，但较为繁琐，提取的核酸质量也较为一般。
柱式抽提是用于微量核酸分离纯化的较为简单的方法，其基本原理是利用裂解液促使细胞破碎，使细胞中的核酸释放出来。
把释放出的核酸特异地吸附在特定的硅载体上，这种载体只对核酸有较强的亲和力和吸附力，对其他生化成分如蛋白质、多糖、脂类则基本不吸附，因而在离心时被甩出柱子。再把吸附在特异载体上的核酸用洗脱液洗脱下来，分离得到纯化的核酸。
其成本较低，但提取质量较好，是目前市场的主流提取方法。
磁珠纯化法与硅胶膜离心柱的原理基本相同，运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行改良和表面修饰后，制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠。该磁珠能在微观界面上与核酸分子特异性地识别和高效结合。利用氧化硅纳米微球的超顺磁性，在 Chaotropic 盐（盐酸胍、异硫氰酸胍等）和外加磁场的作用下，能从血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的 DNA 和 RNA 分离出来，但目前来说，价格相对昂贵。

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